KR20080046549A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
중유로 작동되는, 실제로 공지된 대형 디젤 내연기관의 경우, 크랭크 하우징 환기 가스는 통상적으로 처리되지 않은 상태로 대기로 환기된다. 동일한 것이 그러한 대형 디젤 내연기관의 배기 터보 과급기의 실링 에어에도 적용된다.In the case of large known diesel internal combustion engines, which are operated with heavy oil, the crank housing ventilation gases are typically vented to the atmosphere untreated. The same applies to the sealing air of exhaust turbochargers of such large diesel internal combustion engines.
예컨대 승용차 또는 상용차에 사용되는 비교적 소형 내연기관의 경우, 크랭크 하우징 환기 가스로부터 오일 또는 오일 미스트를 분리하기 위해, 크랭크 하우징 환기 가스를 대기 내로 환기하기 전에 오일 분리기에 공급하는 것이 실제로 이미 공지되어 있다. 그러나, 얻어질 수 있는 오일 분리율이 제한된다.In the case of relatively small internal combustion engines used in, for example, passenger cars or commercial vehicles, in order to separate oil or oil mist from the crank housing ventilation gas, it is already known in practice to feed the crank housing ventilation gas to the oil separator before venting into the atmosphere. However, the oil separation rate that can be obtained is limited.
DE 10 2004 031 281 A1 호에는 내연기관의 크랭크 하우징으로부터 나온 크랭크 하우징 환기 가스를 배출하기 위한 장치를 포함하는, 배기 터보 과급기를 구비한 상용차의 비교적 소형 내연기관이 공지되어 있다. 이 경우, 가스 펌프로서 형성된 장치는 크랭크 하우징 환기 가스의 압축을 위해 사용되고, 압축된 크랭크 하우징 환기 가스는 내연기관에 반송될 수 있다.DE 10 2004 031 281 A1 discloses a relatively small internal combustion engine of a commercial vehicle with an exhaust turbocharger, comprising a device for discharging the crank housing ventilation gas from the crank housing of the internal combustion engine. In this case, the device formed as a gas pump is used for the compression of the crank housing ventilation gas, and the compressed crank housing ventilation gas can be conveyed to the internal combustion engine.
본 발명의 과제는 높은 오일 분리율을 가진 새로운 형태의 내연기관을 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관에 의해 해결된다.An object of the present invention is to provide a new type of internal combustion engine with a high oil separation rate. The problem is solved by the internal combustion engine according to claim 1.
본 발명에 따라 크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치는 사이펀형 파이프 라인을 포함한다. 상기 사이펀형 파이프 라인에서 그 저점 영역의 하류에 물 공급 장치가 할당 배치된다. 상기 물 공급 장치에 의해 물이 배출 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입될 수 있다. 사이펀형 파이프 라인에서 그 저점 영역에, 형성되는 오일-물 혼합물을 배출하기 위해 밸브가 할당 배치된다.According to the invention the crank housing ventilation gas exhaust device comprises a siphonic pipeline. In the siphoned pipeline, a water supply device is arranged downstream of its bottom region. Water may be introduced into the exhaust crank housing ventilation gas by the water supply device. At its low point region in the siphonic pipeline, a valve is assigned for discharging the oil-water mixture formed.
본 발명에 따른 내연기관의 경우, 물은 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역의 하류에서, 배출 크랭크 하우징 환기 가스를 안내하는 사이편형 파이프 라인 내로 유입된다.In the case of an internal combustion engine according to the invention, water is introduced into the sieve pipeline which guides the exhaust crank housing ventilation gas downstream of the bottom region of the siphonic pipeline.
물이 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입됨으로써, 물의 부분적인 증발로 인해 크랭크 하우징 환기 가스의 냉각이 이루어진다. 크랭크 하우징 환기 가스의 냉각에 의해, 크랭크 하우징 환기 가스 내에 포함된, 기체 오일의 일부가 응축된다. 또한, 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입된 물방울이 크랭크 하우징 환기 가스의 오일 방울에 달라붙어, 응고 및 응집에 의해 큰 방울을 형성한다. 따라서, 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입된 물에 의해, 한편으로는 크랭크 하우징 환기 가스의 기체 성분이 액상으로 바뀌고, 다른 한편으로는 액체 방울이 커진다. 두 가지 효 과는 크랭크 하우징 환기 가스로부터의 양호한 오일 분리를 야기한다.As water enters the crank housing ventilation gas, partial cooling of the crank housing ventilation gas occurs due to partial evaporation of the water. Cooling of the crank housing ventilation gas condenses a portion of the gas oil contained in the crank housing ventilation gas. In addition, water droplets introduced into the crank housing ventilation gas adhere to oil droplets of the crank housing ventilation gas, thereby forming large droplets by solidification and aggregation. Thus, by the water introduced into the crank housing ventilation gas, the gaseous components of the crank housing ventilation gas on the one hand change to a liquid phase, and on the other hand, the liquid droplets become large. Both effects result in good oil separation from the crank housing vent gas.
바람직하게는 배기 터보 과급기의 실링 에어가 파이프 라인을 통해 상기 사이펀형 파이프 라인에 공급될 수 있다. 실링 에어의 파이프 라인은 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역의 상류에서 상기 사이펀형 파이프 라인과 통한다.Preferably the sealing air of the exhaust turbocharger may be supplied to the siphon type pipeline via a pipeline. The pipeline of sealing air communicates with the siphon type pipeline upstream of the bottom region of the siphon type pipeline.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 형성되는 오일-물 혼합물이 크랭크 하우징 내로 과류되는 것을 방지하기 위해, 사이펀형 파이프 라인의 저점 영역과 내연기관의 크랭크 하우징 사이에 체크 밸브가 접속된다.According to a preferred embodiment of the invention, a check valve is connected between the low point region of the siphon type pipeline and the crank housing of the internal combustion engine in order to prevent the oil-water mixture formed from overflowing into the crank housing.
본 발명에 따라 오일 분리율이 높은 내연기관이 제공된다.According to the present invention, an internal combustion engine having a high oil separation rate is provided.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 본 발명이 이 실시예에 제한되지는 않는다.Preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims and the description below. Although the embodiment of the present invention is described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to this embodiment.
이하, 본 발명을 첨부한 도 1 내지 도 3을 참고로 일단 터보 과급식 내연기관의 실시예로 설명한다. 물론, 본 발명이 이러한 일단 터보 과급식 내연기관에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 다단 터보 과급식 내연기관, 압축기 과급식 내연기관, 그 밖의 방식의 과급식 내연기관 또는 비과급식 내연기관에도 사용될 수 있다. 내연기관은 디젤 엔진, 오토(Otto) 엔진, HCCI 엔진 또는 다른 내연기관일 수 있다. 그러나, 내연기관이 중유로 작동되는 대형 디젤 내연기관, 예컨대 선박 디젤 내연기관인 것이 바람직하다.Hereinafter, an embodiment of a turbocharged internal combustion engine will be described with reference to FIGS. 1 to 3 attached to the present invention. Of course, the present invention is not limited to this once turbocharged internal combustion engine. The invention can also be used in multistage turbocharged internal combustion engines, compressor boosted internal combustion engines, other types of turbocharged internal combustion engines or non-charged internal combustion engines. The internal combustion engine may be a diesel engine, an Otto engine, an HCCI engine or other internal combustion engine. However, it is preferred that the internal combustion engine is a large diesel internal combustion engine, such as a marine diesel internal combustion engine, operated with heavy oil.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 내연기관(10)을 떠난 배기 흐름(11)은 배기 터보 과급기(13)의 터빈(12)에 공급되고, 상기 터빈에서 팽창된다. 배기 터보 과급기(13)의 터빈(12)은 그것의 압축기(14)를 구동시키고, 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)에서, 내연기관(10)에 공급될 연소 공기 흐름(15)이 압축된다. 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)에서 압축된 연소 공기 흐름(15)은 급기 냉각기(16)에 공급되고, 상기 급기 냉각기는 압축된 연소 공기 흐름을 냉각시켜서, 급기 냉각기(16)의 하류에 압축되어 냉각된 연소 공급 흐름이 주어지며, 이는 급기 흐름(17)이라고도 한다.1 shows a schematic diagram of a first embodiment of the present invention. The
본 발명에 따른 내연기관은 내연기관의 크랭크 하우징으로부터 나온 크랭크 하우징 환기 가스의 배출 장치를 갖는다. 상기 크랭크 하우징 환기 가스 배출 장치는 사이펀형 파이프 라인(18)을 포함한다. 사이펀형 파이프 라인(18)은 2개의 수직 파이프 라인 부분들(19, 20)을 가지며, 상기 수직 파이프 라인 부분들(19, 20)은 실질적으로 수평으로 연장하는, 저점 영역(21)을 형성하는 파이프 라인 부분을 통해 서로 연결된다.The internal combustion engine according to the invention has a device for discharging the crank housing ventilation gas from the crank housing of the internal combustion engine. The crank housing vent gas exhaust device comprises a
사이펀형 파이프 라인(18), 즉 수직의 파이프 라인 부분(20)에는 노즐로서 형성된 물 공급 장치(22)가 할당 배치되고, 상기 물 공급 장치(22)에 의해 물은 배출 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입, 즉 분사될 수 있다. 물 공급 장치(22)는 물을 가급적 미세한 분무 상태로 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사하기 위해 바람직하게는 평면 노즐로서 형성된다. 물을 크랭크 하우징 환기 가스를 안내하는, 사이펀형 파이프 라인(18)의 수직 파이프 라인 부분(20) 내로 분사하기 위해, 다른 노즐 및 다수의 노즐을 가진 장치도 사용될 수 있다. 물 공급 장치(22)를 통해 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사되는 물의 양 및 압력은 밸브(23)를 통해 조절 가능하다.In the
물을 크랭크 하우징 환기 가스 내로 분사함으로써, 그 기체의 오일 성분이 액상으로 바뀌는데, 그 이유는 분사된 물이 크랭크 하우징 환기 가스를 냉각하기 때문이다. 또한, 크랭크 하우징 환기 가스 내에 포함된 오일 방울이 커지는데, 그 이유는 물 방울이 응고 및 응집으로 인해 크랭크 하우징 환기 가스의 오일 방울에 달라붙기 때문이다.By spraying water into the crank housing ventilation gas, the oil component of the gas is changed to a liquid phase because the injected water cools the crank housing ventilation gas. In addition, the oil droplets contained in the crank housing ventilation gas become large because the water droplets cling to the oil droplets of the crank housing ventilation gas due to coagulation and flocculation.
형성되는 오일-물 혼합물을 사이펀형 파이프 라인(18)의 영역으로부터 배출하여 빌지(bilge; 25)에 공급하기 위해, 사이펀형 파이프 라인(18)의 저점 영역(21)에는 밸브(24)가 할당 배치된다. 밸브(24)는, 규정된 충전 레벨에 도달시 형성되는 오일-물 혼합물을 사이펀형 파이프 라인(18)으로부터 배출하기 위해, 사이펀형 파이프 라인(18)의 충전 레벨에 의해 제어되어 개폐되는, 자동 개폐 밸브일 수 있다. 빌지(25) 내에 모이는 오일-물 혼합물은 오일 분리기를 통해 폐기될 수 있다.A
물 공급 장치(22)가 할당 배치된, 사이펀형 파이프 라인(18)의 수직 파이프 라인 부분(20)은 배출 크랭크 하우징 환기 가스의 낮은 유동 속도를 제공하기 위한 큰 유동 횡단면, 및 긴 파이프 길이를 갖도록 설계된다. 이 경우, 별도의 오일 분리기 없이 중력만을 이용해서 크랭크 하우징 환기 가스로부터 오일이 양호하게 분리될 수 있다. 경우에 따라, 수직 파이프 라인 부분(20)의 하류측 단부에 방울 분 리 격자가 할당 배치된다.The
도 1에 따라 사이펀형 파이프 라인(18)에서 저점 영역(21)의 상류에, 그에 따라 수직 파이프 라인 부분(19)에 체크 밸브(26)가 통합되어, 형성되는 오일-물 혼합물이 내연기관의 크랭크 하우징 내로 과류되는 것을 방지한다.A
물 공급 장치(22)를 통해 크랭크 하우징 환기 가스 내로 유입되거나 분사되는 물은 담수, 해수, 공정 용수 또는 소위 그레이 워터(grey water)일 수 있다.The water entering or spraying into the crank housing vent gas through the
도 2는 도 1에 따른 내연기관의 바람직한 실시예를 도시한다. 불필요한 반복 설명을 피하기 위해, 도 1과 동일한 부품은 동일한 도면 부호를 갖는다. 도 2의 실시예에서, 사이펀형 파이프 라인(18)에는 파이프 라인(27)을 통해 배기 터보 과급기(13)의 실링 에어가 공급됨으로써, 크랭크 하우징 환기 가스로부터와 마찬가지로 배기 터보 과급기로부터 오일이 분리된다. 도 2에 따라 실링 에어의 파이프 라인(27)은 저점 영역(21)의 상류에서, 즉 체크 밸브(26)의 상류에서 사이펀형 파이프 라인(18) 내로 통한다.FIG. 2 shows a preferred embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 1. In order to avoid unnecessary repetition, the same parts as in FIG. 1 have the same reference numerals. In the embodiment of FIG. 2, the
오일 분리율을 더욱 개선 또는 최적화하기 위해, 도 3에 따라 사이펀형 파이프 라인(18)에는 추가의 오일 분리기(28)가 할당 배치된다. 상기 오일 분리기(28)는 확산 분리기, 관성 분리기, 원심 분리기, 전기 분리기 또는 이들 분리기의 조합일 수 있다. 오일 분리기(28) 내에서 분리된 오일은 파이프 라인(29)를 통해 빌지(25)에 공급되어 폐기된다.In order to further improve or optimize the oil separation rate, an additional oil separator 28 is allocated to the
오일 분리기(28)를 떠난 가스(30)는 대기로 방출될 수 있거나 또는 내연기관에 반송될 수 있다. 이 경우, 가스(30)는 도시되지 않은 압축기에서 압축된 다음 내연기관에, 즉, 급기 냉각기(16)의 하류에서 압축되어 냉각된 연소 공기 흐름 내로 또는 급기 냉각기(16)의 상류에서 압축되고 냉각되지 않은 연소 공기 흐름 내로 또는 배기 터보 과급기(13)의 압축기(14)의 상류에서 압축되지 않은 연소 공기 흐름(15) 내로 반송된다.The
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관의 개략도.1 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내연기관의 개략도.2 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a second embodiment of the invention;
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내연기관의 개략도.3 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 내연기관 11: 배기 흐름10: internal combustion engine 11: exhaust flow
12: 터빈 13: 배기 터보 과급기12: turbine 13: exhaust turbocharger
14: 압축기 15: 연소 공기 흐름14: compressor 15: combustion air flow
16: 급기 냉각기 17: 급기 흐름16: Air supply cooler 17: Air supply flow
18: 사이펀형 파이프 라인 19, 20: 수직 파이프 라인 부분18: siphon
21: 저점 영역 22: 물 공급 장치21: low point zone 22: water supply device
23, 24: 밸브 25: 빌지23, 24: valve 25: bilge
26: 체크 밸브 27, 29: 파이프 라인26:
28: 오일 분리기 30: 가스28: oil separator 30: gas
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